Abstract
Au cours des dernières décennies, la souris est devenue le principal modèle animal d'une variété de maladies pulmonaires. Dans les modèles de l'emphysème ou de la fibrose, les changements phénotypiques essentielles sont mieux évaluées par la mesure des variations de l'élasticité des poumons. Pour comprendre mieux les mécanismes sous-jacents de telles pathologies spécifiques chez la souris, il est essentiel de faire des mesures fonctionnelles qui peuvent refléter la pathologie en développement. Bien qu'il existe de nombreuses façons de mesurer l'élasticité, le procédé classique est celle de la pression pulmonaire volume total (PV) courbe effectuée sur l'ensemble des volumes pulmonaires. Cette mesure a été effectuée sur les poumons adultes de presque toutes les espèces de mammifères datant de près de 100 ans, et ces courbes PV également joué un rôle majeur dans la découverte et la compréhension de la fonction du surfactant pulmonaire dans le développement des poumons du foetus. Malheureusement, ces courbes PV totaux ne ont pas été largement rapporté dans la souris, malgré le fait qu'ils ne peuvent fournir des informations utiles sur la macroscOPIC effets des changements structurels dans le poumon. Bien que les courbes PV partielles mesure seulement les changements de volume du poumon sont parfois signalés, sans une mesure de volume absolu, la nature non linéaire de la courbe de PV totale rend ces ceux partielles très difficile à interpréter. Dans la présente étude, nous décrivons une méthode normalisée pour mesurer la courbe de PV totale. Nous avons ensuite testé la capacité de ces courbes pour détecter des changements dans la structure du poumon de la souris dans deux pathologies pulmonaires commun, l'emphysème et la fibrose. Les résultats ont montré des changements significatifs dans plusieurs variables compatibles avec attendus des changements structurels avec ces pathologies. Cette mesure de la courbe du poumon chez les souris PV fournit ainsi un moyen simple de suivre la progression des changements physiopathologiques dans le temps et l'effet potentiel des procédures thérapeutiques.
Introduction
La souris est actuellement le principal modèle animal d'une variété de maladies pulmonaires. Dans les modèles de l'emphysème ou de la fibrose, les changements phénotypiques essentielles sont mieux évaluées en mesurant les variations de l'élasticité des poumons. Bien qu'il existe de nombreuses façons de mesurer l'élasticité, le procédé classique est celle de la courbe pression-volume total (PV) mesuré à partir du volume résiduel (VR) à la capacité pulmonaire totale (CPT). Cette mesure a été effectuée sur les poumons adultes de presque toutes les espèces de mammifères datant de près de 100 ans 1-3. Ces courbes PV ont également joué un rôle majeur dans la découverte et la compréhension de la fonction du surfactant pulmonaire dans le développement des poumons du foetus 4-7. Malgré l'importance de la courbe de PV comme une mesure de le phénotype du poumon, il n'y a pas de manière standardisée pour effectuer cette mesure. Cela a été fait par simple gonflage et dégonflage du poumon à pas discrets (en attente d'un temps variable pour atteindre l'équilibre après chaque) ou avec des pompes quepeut constamment gonfler et dégonfler le poumon. La courbe PV est souvent fait sur une plage de volume comprise entre zéro et une certaine capacité pulmonaire définir par l'utilisateur, mais la durée de temps de chaque boucle de volume de pression rapportés par différents laboratoires ont été extrêmement variables, allant de quelques secondes 8 à h 2. Certains chercheurs se réfèrent à cette courbe totale poumon PV comme statique ou quasi statique, mais ce sont des termes qualitatifs qui offrent peu de perspicacité, et ils ne sont pas utilisés ici. En outre, la courbe PV n'a pas été largement rapportés dans la souris, en dépit du fait qu'elle peut fournir des informations utiles sur les effets macroscopiques de changements structurels dans le poumon.
Plusieurs questions ont donné lieu à la variabilité dans l'acquisition de la courbe PV, y compris: 1) le taux d'inflation et de déflation; 2) les fluctuations de la pression de l'inflation et de déflation; et 3) les moyens pour déterminer une mesure du volume pulmonaire absolue. Dans le procédé présent ici, un taux de 3 ml / min a été choisi comme compromise, ne étant pas trop court à refléter l'élasticité dynamique associée à une ventilation normale et pas trop lente pour rendre la mesure impraticable, en particulier lors de l'étude de grandes cohortes. Depuis une capacité pulmonaire totale nominale dans une souris C57BL / 6 en bonne santé est de l'ordre de 1,2 ml 9, ce taux permet généralement de deux complète fermé PV boucles à faire dans environ 1,5 min.
Dans la littérature étendue où les courbes PV ont été signalés, la pression de gonflage de pointe utilisée a été extrêmement variables, allant d'aussi peu que 20 à plus de 40 cm H 2 O. Une partie de cette variabilité peut être liée à des espèces, mais un des principaux objectifs de réglage de la limite de pression supérieure pour les courbes PV est de gonfler les poumons à la capacité pulmonaire totale (CPT), ou le volume pulmonaire maximale. Le CCM chez l'homme est défini par l'effort volontaire maximale qu'un individu peut faire, mais malheureusement, ce ne peut jamais être dupliqué dans ne importe quel modèle animal. Ainsi, le volume maximal des courbes expérimentales PV est dissuaderminée par une pression maximale fixée arbitrairement par l'enquêteur. L'objectif est de mettre une pression où la courbe de PV est plat, mais malheureusement, le membre de l'inflation d'une courbe poumon PV mammifère ne est jamais plat. Donc, la plupart des chercheurs mis une pression où la courbe de l'inflation commence à se aplatir sensiblement, généralement 30 cm H 2 O. Chez la souris, cependant, la courbe de PV est encore plus complexe avec une double bosse sur la branche de l'inflation, et où cette inflation membre est souvent encore en forte augmentation à 30 cm H 2 O 10, donc 30 ne est pas un bon point pour la fin courbe de PV. Pour cette raison, on utilise 35 cm H 2 O en tant que la limite de pression pour la courbe PV souris, qui est une pression à laquelle les membres de gonflage de toutes les souches que nous avons examinés commencent à se aplatir.
Puisque la courbe PV lui-même est très non linéaire, l'apparition d'une boucle de PV dépendent du volume de l'endroit où la courbe commence. Certains ventilateurs commerciaux permettent aux utilisateurs de faire de grandes boucles PV, à partir de FRC, mais si le volume FRC est inconnu, alors il est impossible à interpréter comme des changements dans la courbe PV avec toute pathologie, puisque ces changements pourraient simplement résulter d'un changement dans le volume de départ, et non pas des modifications structurelles dans le poumon. Ainsi, sans une mesure de volume absolu, les courbes de PV sont presque impossibles à interpréter et ont donc peu d'utilité. Bien que, il ya plusieurs façons de mesurer le volume des poumons, ce sont souvent lourdes et nécessitent des équipements spéciaux. Dans l'approche simple décrite ici, la courbe PV commence à zéro volume après une vivo procédure de dégazage.
En résumé, ce document montre une méthode simple de normaliser poumon PV mesure de la courbe dans le poumon de la souris, et définit plusieurs mesures qui peuvent être calculées à partir de cette courbe qui sont liés à la structure du poumon. La courbe de PV fournit donc un test de la fonction pulmonaire qui a une application directe dans étant capable de détecter des changements structurels phénotypiques chez la souris avec commsur les pathologies pulmonaires telles que l'emphysème et la fibrose.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Le Comité de protection et d'utilisation des animaux de l'Université Johns Hopkins a approuvé tous les protocoles d'animaux.
1. Équipement
Le système composite mis en place, prêt à mesurer la courbe de PV est illustrée à la figure 1.
- Mesure de volume:
- Générer un taux constant de gonflage et de dégonflage en utilisant une pompe à seringue avec un commutateur qui permet à l'utilisateur d'inverser rapidement la pompe après avoir atteint les limites de pression. Pour les courbes souris PV, utiliser une seringue de 5 ml en verre très légèrement graissée avec le volume initial (avant inflation) fixé à 3 ml d'air. 3 ml est suffisamment grande pour mesurer les volumes dans presque toutes les courbes souris PV.
- Mesurer le volume refoulé par la pompe par la fixation d'un transformateur différentiel linéaire au boîtier de pompe, avec une tige de petit capteur relié au piston de la seringue en mouvement.
REMARQUE: Un des moyens empiriques pour corriger la compression de gaz dans le système sont décrits dans le cu PVsection d'enregistrement de rve.
- Mesure de pression:
- Utilisez une jauge de pression peu coûteux standard avec une gamme de 0-60 cm H 2 O (0-1 PSI).
- Enregistrement mesure:
- Pour enregistrer la courbe PV utiliser ne importe quel enregistreur numérique avec des capacités XY (par exemple, PowerLab). Régler un canal pour enregistrer le signal de volume corrigé et un autre canal pour enregistrer la pression transpulmonaire (PTP), afin de représenter graphiquement la courbe PV. Utiliser un préamplificateur de pont qui relie à la Powerlab principal pour mesurer la pression. Calibrer le canal de pression de 0 à 40 cm H 2 O, et calibrer le volume du canal 0-3 ml.
2. Correction pour la compression du gaz
Remarque: Ce est une première étape critique dans la mise en place, depuis que la pression augmente, les baisses de volume de gaz, et donc le volume d'air délivré à la souris sera de moins en moins que le déplacement de la syrInge baril.
- Fermer le robinet qui reliera le système de PV aux poumons, donc pas de gaz peut quitter le système. Lancer la perfusion et observer si le canal de volume corrigé sur l'enregistreur montre des changements mesurables que la pression augmente à environ 40 cm H 2 O. Si oui, alors que correcte dans les prochaines étapes.
- Corriger pour la compression du gaz de manière empirique en soustrayant de la mesure piston de déplacement (ce est à dire, le volume non corrigé) d'un terme proportionnel à la pression de gonflage. Pour ce faire, sur un canal de Powerlab (appelée Vc) pour afficher le signal de volume moins une fois et coefficient de la pression.
- Déterminer le coefficient dans l'équation. Tout d'abord, faire une estimation initiale, tournez le tableau enregistrement sur et démarrer la pompe. Depuis le tube de l'inflation est scellé, régler le coefficient multiplicateur de pression pour faire le canal VC Lire zéro la pression monte de 0 à 40 cm H 2 O. Se il monte ou descend, il suffit de régler le facteur de correction jusqu'à ce qu'ilreste à plat sur cette plage de pression. Ce facteur de correction est toujours la même, si les mêmes 3 ml à partir du volume dans la seringue ne est pas modifiée.
3. essais expérimentaux chez la souris
- Procédure pour la mesure de la courbe PV chez la souris. Tous les protocoles d'animaux ont été approuvés par le Comité des soins et de l'utilisation des animaux de l'Université Johns Hopkins.
- Anesthésier la souris (C57BL / 6 à 6-12 semaines d'âge) avec la kétamine (90 mg / kg) et de xylazine (15 mg / kg), et de confirmer l'anesthésie par l'absence de mouvement réflexe.
Remarque: La courbe de PV peut être complété en souris anesthésiées en moins de 10 min et est une procédure terminal. - Tracheostomize la souris avec une aiguille 18 G de stub canule. Pour ce faire, en faisant une petite incision dans la peau recouvrant la trachée, la localisation de la trachée, puis en faisant une petite fente dans la trachée, où l'aiguille de talon peut être inséré. Fixez la canule en attachant avec un fil.
- Autoriser les souris de respirer une00% d'oxygène pendant au moins 4 minutes. Cela peut être par l'intermédiaire de la respiration spontanée d'un sac ou d'un ventilateur fixé nominalement avec un volume courant de 0,2 ml à 150 respirations / min.
- Fermez la canule trachéale et permettre 3-4 min pour la souris pour absorber tout l'oxygène. Cette procédure d'absorption d'oxygène résulte de la mort des animaux et dans un dégazage à peu près complet de la 11 poumon. Confirmation du décès de la souris par la mesure de la cessation du rythme cardiaque avec des électrodes d'ECG ou une observation directe.
- Une fois le dégazage du poumon est terminée et le volume pulmonaire est nulle, commencer à gonfler les poumons avec de l'air de la chambre de la pompe à seringue à un débit de 3 ml / min. Surveiller la trace de pression sur l'enregistreur numérique, et quand il atteint 35 cm H 2 O, inverser la pompe.
- Suivez la courbe de la déflation que la pression atteint 10 cm H 2 O négatif, époque à laquelle les voies aériennes se sont effondrés, emprisonner de l'air dans les alvéoles prévenir toute nouvelle réduction du volume. Annuler immédiatement til pompe à nouveau, permettant le poumon pour regonfler les voies respiratoires effondrés ouvrir. Cette ouverture est normalement hétérogène apparente par la bruyante regardant membre de l'inflation à la première partie de cette 2e inflation.
- Lorsque la pression atteint de nouveau 35 cm H 2 O, inverser le sens de la pompe, et de continuer à dégonfler le poumon jusqu'à ce que cette 2ème branche de la déflation atteint 0 cm H 2 O. Puis arrêter la pompe.
- Voir le dossier de tableau PowerLab de pression et le débit et la courbe de PV. Puis d'analyser la courbe de PV pour détecter les changements phénotypiques dans le parenchyme pulmonaire qui se produisent avec différentes pathologies pulmonaires.
- Anesthésier la souris (C57BL / 6 à 6-12 semaines d'âge) avec la kétamine (90 mg / kg) et de xylazine (15 mg / kg), et de confirmer l'anesthésie par l'absence de mouvement réflexe.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bien que la procédure pour les courbes PV est démontré dans la vidéo que pour les souris saines de contrôle, nous avons examiné la capacité de la courbe PV pour détecter des changements fonctionnels et pathologiques chez des souris avec deux différentes pathologies courantes, l'emphysème et la fibrose. Les détails de ces modèles traditionnels décrits ailleurs 12,13. Très brièvement, après anesthésie avec de l'isoflurane à 3% du emphysème a été causée par 3 ou 6 U élastase pancréatique porcine instillation dans la trachée et étudié 3 semaines plus tard, et la fibrose a été causée par la bléomycine 0,05 U instillation dans la trachée et deux semaines après étudié ce insulte.
La figure 2 montre une courbe typique de PV à partir d'une souris témoin. Dans une telle courbe de PV, mesurer des variables qui sont faciles à quantifier, reproductible d'une souris à, et représentant de changements structurels qui se produisent dans les maladies pulmonaires. Celles-ci sont énumérées dans le tableau 1 et représentés graphiquement sur la Figure 2 Le tableau 1 donne la liste de ces variables, et la figure 2 illustre la façon dont ils sont mesurés à partir de la courbe PV. La raison derrière chaque est discuté plus tard.
La figure 3 montre des courbes typiques de PV de contrôle représentatif, emphysème, et les souris fibrotiques, respectivement. Les variables mesurées à partir des courbes générées dans le contrôle et les souris femelle fibrotique sont présentés sur la figure 4. Les variables mesurées à partir des courbes générées chez les souris témoins de sexe masculin et ceux avec deux degrés de sévérité de l'emphysème sont présentés à la figure 5. statistique comparaisons entre les groupes ont été analysés avec soit un test t non apparié (modèle de fibrose) ou d'une analyse de la variance et de l'importance d'un niveau moyen évalué avec correction de Tukey pour les comparaisons multiples (modèle de l'emphysème). Un p <0,01 a été considérée comme significative.
Ces résultats montrent que les méthodes utilisées ici pour obtenir la mesure of poumon courbes PV sont utiles pour être en mesure de détecter des changements dans la distensibilité du poumon dans différentes pathologies où ces modifications structurelles ont été décrits cliniquement. L'approche et l'analyse génère plusieurs variables qui caractérisent les différents aspects de la courbe de PV. L'interprétation de ce que chacune de ces variables mesurées signifie est examinée plus en détail dans la section suivante.
Figure 1:. Expérimental mis en place montrant pompe à seringue avec volume et de pression transducteurs Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2: courbe de PV Représentant montrant comment èmee différentes variables dans le tableau 1 sont mesurées. V3, V8, V10 et sont les volumes pulmonaires sur la première branche de dégonflage à 3, 8 et 10 cm H 2 O, respectivement. V35 est le cm H 2 O et le volume 35 est définie comme la capacité pulmonaire totale (CPT). RV est le volume résiduel, défini comme le volume de gaz piégé à la salle de la première courbe de la déflation. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3:. Représentant courbes souris PV de contrôle, emphysème, et les poumons fibrotiques La pente du segment de ligne sombre indique le respect des membres de la déflation, C. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4:. Les changements dans les variables mesurées à partir des courbes PV dans les souris contrôles et fibrotiques indiqués sont des moyennes ± SEM, n = 9 pour chaque groupe. Toutes les variables dans les poumons fibrotiques étaient significativement différents de poumons de contrôle avec P <0,01. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 5:. Les changements dans les variables mesurées à partir des courbes de PV dans le contrôle et la souris emphysémateuses indiqués sont des moyennes ± SEM, n = 9 pour chaque groupe. Toutes les variables dans les poumons emphysémateux à soit le degré de gravité étaient significativement différents de poumons de contrôle et l'autre avec P &# 60;. 0,01 Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
| Mesures | Qu'est-ce qu'il quantifie | Changements de pathologies |
| TLC | L'inflation "Maximal"; définis chez la souris que le volume des poumons à 35 cm H 2 O | Augmente dans l'emphysème; Les diminutions de la fibrose |
| RV | Volume d'air piégé après l'effondrement des voies aériennes sur la déflation | Augmente dans l'emphysème; Les diminutions de la fibrose |
| % V10 | Forme de la branche de déflation | Augmente avec le développement des poumons; Diminue avec l'inhibition de tensioactif; Augmente dans l'emphysème; Les diminutions de la fibrose |
| C | La pente quasi-statique de la branche de la déflation | Augmente dans l'emphysème; DecreaSES dans la fibrose |
| Cs | Conformité spécifique de la déflation branche = C / V3 | Les diminutions de l'emphysème; Les diminutions de la fibrose |
Tableau 1: Liste des différentes variables mesurées à partir des courbes de souris PV.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dans cet article, une méthode reproductible simple a été décrit pour mesurer chez la souris une méthode classique d'élasticité phénotypage du poumon, la courbe totale poumon PV. Ces courbes ont contribué à la découverte de surfactant pulmonaire et de son importance pour assurer la stabilité du poumon. Ici, il est montré comment la courbe PV est également utile pour fournir un moyen de mesurer plusieurs variables liées à l'élasticité pulmonaire dans les poumons de souris adultes. Il y avait des changements très importants dans toutes les variables en deux modèles couramment utilisés de la souris pour générer des changements pathologiques dans les poumons de souris. La section suivante décrit brièvement l'importance des changements dans chacune des variables mesurées.
La CCM est une mesure du volume maximal du poumon, ou plus précisément, le volume à une pression maximale définie, où la branche de gonflage commence à se aplatir. Comme déjà indiqué, le membre de l'inflation d'une courbe PV aplatit jamais vraiment, et la souris est particulièrement extrême dans cecomportements 10. Bien que la Chromatographie sur couche mince est définie dans les humains comme le volume à la fin d'un effort inspiratoire maximale volontaire, dans chaque modèle animal, il est défini comme le volume à une pression arbitraire définie par l'utilisateur. Avec les modèles pathologiques présentés dans ce document, une augmentation progressive de TLC avec l'augmentation de l'emphysème a été observée ainsi qu'une diminution de la fibrose. Ces observations reflètent manifestations cliniques avec chacune de ces conditions et sont donc ce qui serait attendu dans un modèle de souris utile.
Le RV est une variable qui reflète l'air résiduel piégé dans les alvéoles que les voies respiratoires de près une expiration maximale. Cette variable reflète donc le même phénomène chez l'homme et des modèles animaux. Le RV est connu pour augmenter chez l'homme dans l'asthme et la MPOC 14,15. Cette augmentation de la RV est lié au fait que les petites voies aériennes à proximité tôt sur le membre de la déflation soit avec une augmentation du tonus musculaire lisse ou la perte du soutien de tethering de la surrounding parenchyme pulmonaire 16. Dans les deux modèles pathologiques utilisées ici, des effets opposés ont été trouvés. Il y avait une augmentation significative de la RV avec l'augmentation des blessures emphysème, mais avec la fibrose, il y avait une diminution de la RV, depuis les voies respiratoires sévères et entourant poumon fermé à des volumes inférieurs du poumon sur la déflation.
Le% V10 est un facteur de forme qui a été utilisée pour tenir compte de la stabilité du poumon sur la déflation, et a été utilisé initialement pour tenir compte de la maturation du système 17 tensioactif. Comme le poumon foetal arrive à maturité, les changements de la déflation Limb une courbe relativement simple à celui qui est convexe vers l'axe de volume, avec une augmentation concomitante de 18% V10. La forme finale chez les adultes varie considérablement parmi les espèces de mammifères, avec% V10 variant entre 75 et 90% 19. Le% V10 est également connu de diminuer progressivement à mesure que le surfactant pulmonaire est moins efficace 20,21. Dans les modèles pathologiques étudiés ici, c majeurehangements en agent tensio-actif ne étaient pas attendus, mais la forme de la courbe dépend également de l'élasticité du tissu pulmonaire. Le fait qu'il y avait une augmentation significative en% V10 avec l'emphysème et des diminutions significatives de fibrose reflète probablement ces changements structurels. Bien que cette mesure ne est généralement pas mesurée chez des sujets humains, il peut être très utile dans des modèles animaux comme variable phénotypique liée à des changements pathologiques spécifiques de la structure du poumon.
La conformité (C) est une mesure qui peut être obtenue à partir de ne importe quelle région de la courbe linéarisée PV non linéaire. Chez la souris, les membres de déflation de la plupart des souches sont assez linéaire entre 3 et 8 cm H 2 O, et pour cette raison il est facile de définir un C reproductible dans cette gamme. L'un des problèmes critiques en utilisant ne importe quel mesure de la pente de la courbe PV est que la valeur dépend fortement à la fois sur l'intervalle de pression sur lequel elle est mesurée et l'historique de volume précédent (ce est à dire la façon dont la section decourbe a été généré), de sorte que la cohérence est d'une importance cruciale si les comparaisons vont être réalisés entre le contrôle et modèles pathologiques. Dans les deux modèles pathologiques utilisées dans cette étude, une augmentation significative par C dans l'emphysème et la fibrose diminution significative n'a été observée; conclusions qui imitent ce que l'on observe en clinique humaine.
La conformité spécifique, Cs a été utilisé de façon classique pour corriger le fait qu'une plus grande poumon avec la même structure que le poumon inférieur aura un plus grand changement de volume pulmonaire au cours de la même variation de pression, ce qui entraîne une plus grande conformité 22. La Cs est également équivalent à l'inverse de la masse module d'élasticité du poumon. Cliniquement, il est évalué comme le respect divisé par FRC, mais depuis chez la souris, nous ne connaissons pas la FRC, nous avons choisi d'utiliser le volume à 3 cm H 2 O. En normalisant le volume à 3 cm H 2 O (ce est à dire, en utilisant la variation relative de volume),on serait alors calculer le même respect spécifique dans un poumon grand ou petit, si le grand poumon consistait simplement plus de la même petite poumon. Résultats dans le présent document montrent qu'il ya eu une diminution de Cs dans le modèle de la fibrose, ce qui indique que le changement mesuré en C ne était pas simplement en raison du volume du poumon étant plus petit. Au contraire, le parenchyme pulmonaire se était considérablement plus rigide. Cependant, le Cs a également diminué, dans le modèle d'emphysème, qui est opposée à l'augmentation de C. Cette diminution calculée en Cs est produite parce que l'augmentation de volume du poumon était plus grande que l'augmentation de C. Cependant, ce fait ne donne pas mathématique aucune indication sur les changements structurels qui ont conduit à ces changements. À l'heure actuelle, des idées pathologiques supplémentaires ne sont pas claires, et d'autres travaux expérimentale est au-delà de la portée de ce document sur les méthodes.
Les raisons sous-jacentes de ces changements dans les variables PV dépendent des changements pathologiques dans le modèle différents. Dans l'emphysème, la perte de parois alvéolaires diminue le recul ensemble des tissus et augmente la taille de l'espace aérien périphérique. Cet élargissement des espaces aériens résiduels augmenterait rayon de courbure de la surface de l'espace aérien, ce qui diminue encore le recul élastique du fait de la tension superficielle. Ces deux facteurs conduirait à l'augmentation de la CCM observé. Dans le modèle fibrotique, le dépôt de collagène et d'autres éléments de matrice conduit à un durcissement et un épaississement de tous les tissus qui est détectable cliniquement et chez la souris en tant que capacité de diffusion réduit 13,23. Ces changements pathologiques sont reflétées dans considérablement réduit TLC. L'augmentation de la VR vu dans le modèle d'emphysème résulte probablement d'une diminution dans le support d'attache des voies respiratoires, qui se manifeste par une fermeture des voies aériennes plus tôt sur la branche expiratoire. Dans la fibrose, les voies respiratoires sévères résister à l'écrasement jusqu'à une pression inférieure est atteinte lors de l'expiration, ce qui diminue le volume résiduel. Les changements de conformitérefléter pathologies similaires qui se répercutent sur les volumes pulmonaires. Une perte d'éléments élastiques dans les parois du parenchyme se traduira par une augmentation de conformité, alors que le dépôt de collagène dans les voies aériennes et le parenchyme conduira à un poumon rigide à une diminution de la conformité. La légère augmentation en% V10 dans le modèle de l'emphysème et la diminution de la fibrose ne sont pas aussi faciles à expliquer. Il n'y a pas d'études comparables dans la littérature permettant de comparer ces résultats. Étant donné que le recul élastique de l'emphysème est plus faible, le volume pulmonaire maximale est apparemment en mesure de rester supérieure à la normale, même lorsque la pression diminue, ce qui se manifeste par l'augmentation de V10%. Avec la fibrose, le recul élastique reste élevée même à des pressions élevées, de sorte que le volume tombe plus rapidement que la pression diminue de TLC. Ce serait également compatible avec une dégradation du surfactant pulmonaire, mais il n'y a pas de littérature où cela a été évaluée dans la fibrose. Ainsi, bien que le% V10 n'a pas été utilisé au phénotype humain adultepoumons, les résultats présentés ici suggèrent qu'il peut être une variable sensible qui peut surveiller les changements progressifs au moins dans les deux pathologies étudiées. Tant que des études plus complètes se font, cependant, où les relations dose-réponse avec l'élastase ou la bléomycine sont faites, la sensibilité de cette variable restera spéculative.
L'importance de la correction pour la compression de gaz ne peut pas être surestimée. Il se agit d'une première étape critique dans la mise en place, depuis que la pression augmente, le volume de gaz diminue, et donc le volume d'air fourni à la souris sera de moins en moins que le déplacement du cylindre de seringue. La procédure à corriger de manière empirique pour ce qu'il a été montré dans le protocole ci-dessus. Il est à noter que si le volume d'installation PV ne change pas, cette procédure de correction empirique doit être fait une fois seulement. Et si le coefficient est écrit, il peut être entré manuellement si jamais nécessaire. Il convient de souligner, cependant, que this méthode ne fonctionne que depuis le poumon est partant d'un état dégazé. Si la courbe PV ont commencé à partir d'un volume pulmonaire en fin d'expiration normale (FRC), il ne serait pas possible de corriger pour la compression du gaz à moins que l'on savait que l'amplitude de volume. En outre, la forme d'une courbe de PV sera très dépendante sur le volume pulmonaire à partir, donc si il y avait des changements observés dans un poumon pathologique à partir de FRC, il ne serait pas possible d'interpréter ces changements jusqu'à ce que les CRF de contrôle et pathologiques étaient connus . Ce est un autre avantage de toujours partir de zéro volume pulmonaire. Enfin, il est à noter que les courbes de PV ont été effectués chez la souris avec une paroi thoracique intacte. Cela simplifie l'ensemble de la procédure et réduit la possibilité d'erreurs dues à la forme du poumon déformé ou erreurs chirurgicales grandement. Heureusement, la présence d'une paroi de poitrine normale a un effet négligeable sur la courbe PV 9, de sorte que la courbe PV fait avec une poitrine intacte fournit un moyen simple et fiablepour évaluer la distensibilité du poumon.
En conclusion, cet article montre comment effectuer simplement une mesure reproductible de la courbe PV poumon chez la souris. La courbe de PV a une capacité unique pour documenter les changements structurels dans les poumons chez les animaux avec poumon génétiquement modifié ainsi que d'autres agressions de l'environnement. Ainsi, comme montré ici, cette mesure peut donner un aperçu phénotypique dans la manifestation de changements structurels spécifiques dans le poumon à l'emphysème et la fibrose, et il peut de même être utilisé trop évaluer les autres pathologies qui pourraient affecter l'élasticité pulmonaire.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 55-2226 | Infuse/withdraw syringe pump |
| Pump 22 reversing switch | Harvard Apparatus | 552217 | Included with pump |
| Linear displacement transformer | Trans-Tek, Inc. | 0244-0000 | |
| 5 ml glass syringe | Becton Dickenson | Several other possible vendors | |
| Digital recorder | ADInstruments | PL3504 | Several other possible vendors |
| Bridge amp signal conditioner | ADInstruments | FE221 | |
| Gas tank, 100% oxygen | Airgas, Inc | Any supplier or hospital source will work | |
| Pressure transducer: 0 - 1 psi mV output | Omega Engineering | PX-137 | Range ≈ 0 - 60 cm H2O |
References
- Neergaard, K. v Neue Auffasungen über einn Grundbergriff der Atemtechnik. Die Retraktionskraft der unge, abhangig von den Oberflachenspannung in den Alveolen. (New interpretations of basic concepts of respiratory mechanics. Correlation of pulmonary recoil force with surface tension in the alveoli.). Zeitschrift Fur Gesamte Experi Medizin. 66, 373-394 (1929).
- Hildebrandt, J. Pressure-volume data of cat lung interpreted by a plastoelastic, linear viscoelastic model. J. Appl. Physiol. 28, 365-372 (1970).
- West, J. B. Bioengineering Aspects of the Lung. , Marcel Dekker. New York, NY. 83-162 (1977).
- Avery, M. E., Mead, J. Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease). AMA. J. Dis. Child. 97, 517-523 (1959).
- Clements, J. A., Hustead, R. F., Johnson, R. P., Gribetz, I. Pulmonary surface tension and alveolar stability. Tech Rep CRDLR US Army Chem. Res. Dev. Lab. 3052, 1-24 (1961).
- Radford, E. P. Tissue Elasticity. Remington, J. W. , American Physiological Society. Bethesda, MD. 177-190 (1957).
- Mitzner, W., Johnson, J. W. C., Scott, R., London, W. T., Palmer, A. E. Effect of betamethasone on the pressure-volume relationship of fetal rhesus monkey lung. Journal of Applied Physiology. 47, 377-382 (1979).
- Smaldone, G. C., Mitzner, W., Itoh, H. The role of alveolar recruitment in lung inflation: Influence on pressure-volume hysteresis. Journal of Applied Physiology. 55, 1321-1332 (1983).
- Tankersley, C. G., Rabold, R., Mitzner, W. Differential lung mechanics are genetically determined in inbred murine strains. Journal of Applied Physiology. 86, 1764-1769 (1999).
- Soutiere, S. E., Mitzner, W. On defining total lung capacity in the mouse. J. Appl. Physiol. 96, 1658-1664 (2004).
- Stengel, P. W., Frazer, D. G., Weber, K. C. Lung degassing: an evaluation of two methods. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48, 370-375 (1980).
- Limjunyawong, N., Mitzner, W., Horton, M. A mouse model of chronic idiopathic pulmonary fibrosis. Physiol Rep. 2, e00249 (2014).
- Fallica, J., Das, S., Horton, M. R., Mitzner, W. Application of Carbon Monoxide Diffusing Capacity in the Mouse Lung. J. Appl. Physiol. 110, 1455-1459 (2011).
- Brown, R. H., et al. The structural basis of airways hyperresponsiveness in asthma. J. Appl. Physiol. 101 (1), 30-39 (2006).
- Smargiassi, A., et al. Ultrasonographic Assessment of the Diaphragm in Chronic Obstructive Pulmonary Disease Patients: Relationships with Pulmonary Function and the Influence of Body Composition - A Pilot Study. Respiration: International Review of Thoracic Diseases. 87 (5), 364-371 (2014).
- Mitzner, W. Airway-parenchymal interdependence. Comprehensive Physiol. 2, 1921-1935 (2012).
- Johnson, J. W., Permutt, S., Sipple, J. H., Salem, E. S. Effect of Intra-Alveolar Fluid on Pulmonary Surface Tension Properties. J. Appl. Physiol. 19, 769-777 (1964).
- Palmer, S., Morgan, T. E., Prueitt, J. L., Murphy, J. H., Hodson, W. A. Lung development in the fetal primate, Macaca nemestrina. II. Pressure-volume and phospholipid changes. Pediatr. Res. 11, 1057-1063 (1977).
- Lum, H., Mitzner, W. A species comparisonof alveolar size and surface forces. Journal of Applied Physiology. 62, 1865-1871 (1987).
- Faridy, E. E. Effect of distension on release of surfactant in excised dogs' lungs. Respir. Physiol. 27, 99-114 (1976).
- Faridy, E. E., Permutt, S., Riley, R. L. Effect of ventilation on surface forces in excised dogs' lungs. J. Appl. Physiol. 21, 1453-1462 (1966).
- Comroe, J. H., Forster, R. E., Dubois, A. B., Briscoe, W. A., Carlsen, E. The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function Tests. , Year Book Medical Publishers, Inc. New York, NY. (1962).
- Martinez, F. J., et al. The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Ann. Intern. Med. 142, 963-967 (2005).
